富里酸(FA)对微囊藻毒素-LR(MC-LR)的光降解作用及环境影响因素分析

为研究自然水环境中溶解性有机质(DOM)对微囊藻毒素-LR(MC-LR)的光降解作用,选择DOM的主要光敏活性组分富里酸(FA)作为光敏剂,在模拟太阳光照射下,对比了不同质量浓度FA(2.5、5.0、7.5、10.0 mg/L)溶液中MC-LR的光降解规律和光降解产物,并探究了不同pH、光照度对FA光降解MC-LR的影响。结果表明:MC-LR能在去离子水中发生直接光降解反应,不同质量浓度的FA对MC-LR的光降解均有促进作用,其中,7.5 mg/L FA对MC-LR的光降解作用最强,180 min时降解率达52.65%;FA对MC-LR的光降解过程符合二级反应动力学方程,其光降解产物与在去离子水中直接光降解的产物相同;不同pH和光照度下,FA对MC-LR的光降解作用依次为pH 6>pH 7>pH 8>pH 9,39.8μmol/(s·m^(2))>56.9μmol/(s·m^(2))>22.8μmol/(s·m^(2))。研究表明,pH和光照度均会影响FA对MC-LR的光降解作用,其中,pH为6、光照度为39.8μmol/(s·m^(2))时,FA对MC-LR光降解作用最强。

连翘脂素(PHI)对微囊藻毒素(MCs)所诱发大鳞副泥鳅肝脏损伤的保护作用

为探究连翘脂素(phillygenin,PHI)对亚慢性毒性浓度微囊藻毒素(microcystins,MCs)诱发的大鳞副泥鳅(Paramisgurnus dabryanus)肝脏损伤的保护作用,对体质量为(100.13±5.23)g的泥鳅腹腔注射剂量为17μg/kg(体质量,下同)MCs 1 d后,分别连续注射3 d不同剂量的PHI(累计剂量0.3、0.6、1.2、2.4 mg/kg),第6天时取泥鳅肝脏样品,比较肝脏组织病理、谷丙转氨酶(ALT)活性、氧化损伤相关指标[丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、谷胱甘肽还原酶(GR)]及炎性因子[白细胞介素1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)]水平变化。结果表明:MCs可诱导泥鳅肝脏组织发生病理损伤;与对照组相比,MCs组泥鳅ALT活性、MDA含量及IL-1β和TNF-α两种炎性因子水平均显著升高(P<0.05),3种抗氧化酶活性显著降低(P<0.05);与MCs组相比,注射PHI能减轻MCs诱发的泥鳅肝脏组织病理损伤,显著降低肝脏中ALT活性、MDA含量及IL-1β和TNF-α两种炎性因子水平(P<0.05),显著提高肝脏中SOD、GSH-PX和GR活性(除0.3 mg/kg PHI剂量组外)(P<0.05)。研究表明,PHI能够减轻MCs引起的泥鳅肝脏组织病理与生理功能损伤、氧化损伤和炎症反应,对MCs所致肝脏损伤具有保护作用。

悬移质泥沙-微囊藻毒素复合体对大型溞的毒性效应

为探究悬移质泥沙(SPM)吸附微囊藻毒素(MCs)后形成的复合体对大型溞生理特性的影响,选择MCs的典型异构体MC-LR,通过吸附动力学实验制备了不同MC-LR吸附量的SPM-MC-LR复合体,研究了复合体对大型溞(Daphnia magna)的急性毒性作用.结果表明,SPM对MC-LR的吸附过程符合拟二级动力学模型和Freundlich等温模型,拟合最大吸附量为1720μg/g,是一种以化学吸附为主导的多分子层吸附且较容易发生.SPM-MC-LR复合体对大型溞的固定率和抗氧化酶活性呈正向剂量和时间依赖,大型溞固定率最高可达93.77%;但当复合体浓度较高时(MC-LR剂量为73.52,94.53μg/g),在大型溞体内引起的氧化应激程度过高会抑制抗氧化酶活性(SOD和CAT活性较24h分别降低了21.44%、26.51%和6.2%、18.27%).相比于游离的MC-LR,SPM的存在可能增强了MC-LR对大型溞的毒性作用.

氨氮和微囊藻毒素-LR联合作用对斑马鱼肠道免疫和菌群的影响

氨氮和微囊藻毒素-LR(MCLR)是水生环境中普遍存在的污染物。为探讨两者对斑马鱼肠道潜在的协同效应,实验将成年雌性斑马鱼分别暴露于氨氮(30 mg·L^(-1))、MCLR(10μg·L^(-1))以及两者混合(30 mg·L^(-1)+10μg·L^(-1))的环境中,持续30 d。组织病理学分析显示:氨氮暴露导致肠绒毛面积减少;MCLR暴露导致肠道绒毛破裂,空泡化面积增加;而联合暴露对肠组织损伤更为严重。这些变化伴随着肠道中溶菌酶和β-防御素的含量及相关基因表达的显著降低,表明斑马鱼肠道免疫功能受到抑制。此外,氨氮和MCLR的单独及联合处理还激活NOD1/2和TLR4a/4b信号通路,导致促炎因子IL-1β和TNF-α的表达水平和蛋白含量上升,进而可能诱发肠道炎症反应。肠道菌群分析结果进一步显示,氨氮和MCLR处理显著改变斑马鱼肠道内菌群的平衡,即氨氮增加厚壁菌门(Firmicutes)丰富度,MCLR增加放线菌门(Actinobacteria)丰富度但降低变形菌门(Proteobacteria)丰富度,而氨氮和MCLR联合作用增加肠道致病菌群假单胞菌属(Pseudomonas)和分枝杆菌属(Mycobacterium)丰富度。进一步,两者联合暴露还导致肠道中产生短链脂肪酸的菌群丰度和短链脂肪酸含量显著降低。综上所述,氨氮和MCLR联合处理对斑马鱼肠道免疫及菌群稳态产生了协同的负面影响,其对水生动物和水生态系统的健康构成了不容忽视的潜在风险。

α-硫辛酸在微囊藻毒素-LR诱导草鱼卵巢细胞损伤中的作用

为研究α-硫辛酸(Alpha lipoic acid,α-LA)在微囊藻毒素-LR(Microcystin-LR,MC-LR)诱导水生动物毒性效应中的保护作用,本研究以草鱼卵巢(Grass carp ovary,GCO)细胞为研究对象,检测分析了不同浓度α-LA以及α-LA与MC-LR共同暴露对GCO细胞活力的影响,随后根据测定的结果设置对照组(不添加MC-LR和α-LA)、125μmol·L^(-1)α-LA组、24μmol·L^(-1)MC-LR组及125μmol·L^(-1)α-LA+24μmol·L^(-1)MC-LR组,检测分析了α-LA在缓解MC-LR对GCO细胞活性、氧化应激以及炎症方面的影响。结果表明:与对照组相比,24μmol·L^(-1)MC-LR可诱导乳酸脱氢酶(LDH)活性和丙二醛(MDA)含量显著上升,同时显著抑制谷胱甘肽(GSH)活性(P<0.05),当MC-LR处理组中加入125μmol·L^(-1)α-LA后,与MC-LR单独暴露组相比,LDH活性和MDA含量均显著下降(P<0.05),但GSH活性却显著上升(P<0.05)。对氧化相关基因分析发现,与对照组相比,24μmol·L^(-1)MC-LR可显著降低SOD1、CAT和GST基因的表达量(P<0.05),当125μmol·L^(-1)α-LA与24μmol·L^(-1)MC-LR共同作用于GCO细胞后,与MC-LR单独暴露组相比,联合暴露组的GST基因的表达量显著上升(P<0.05),但SOD1和CAT两个基因的表达变化不显著(P>0.05)。此外,对炎症因子进行分析发现,MC-LR单独暴露组TNFα和IL11基因的相对表达水平显著高于对照组(P<0.05),但联合暴露组中的TNFα和IL11基因的相对表达水平却显著低于MC-LR单独暴露组(P<0.05)。研究结果表明,α-LA可缓解MC-LR诱导的氧化应激,提高细胞活力,抑制GCO细胞炎症的发生,从而减弱MC-LR对GCO细胞的损伤。

高原富营养化湖泊杞麓湖微囊藻毒素分布特征、相关因子及其健康风险分析

杞麓湖作为典型的富营养化高原湖泊,其藻华暴发引发的微囊藻毒素(microcystins,MCs)污染问题会危害水生态安全并造成人体健康风险。为了评估杞麓湖流域MCs的秋冬季节污染现状以及健康风险情况,对湖内和7条主要入湖河流入湖口的表层水进行采样检测,分析MCs主要异构体的时空分布特征,研究MCs与水质和浮游植物等环境因子的关系,并通过人体非致癌健康风险评价MCs的风险等级。结果发现,MCs浓度自秋季到冬季呈下降趋势,秋季湖内胞内MCs(IMCs)占比超过99%,冬季IMCs与胞外MCs(EMCs)浓度接近。MC-RR和MC-LR是主要的MCs异构体类型,其中MC-RR在秋季浓度占比高于MC-LR和MC-YR,而冬季MC-LR最高。MCs与微囊藻密度等生物因子呈极显著正相关关系,与TN、TP和NH_(3)-N营养盐呈显著负相关关系。杞麓湖EMCs污染的风险指数范围为0.004~0.110,处于极低或低风险,冬季风险略高于秋季,因南岸入湖EMCs污染以及湖内IMCs释放带来的风险需要进一步关注。

微囊藻毒素去除技术研究现状及进展

蓝藻水华造成的最主要危害之一是产生和释放微囊藻毒素(MCs),其会直接危害到水环境和人类健康,因此选用切实可行的MCs去除新技术对于富营养化水体的治理至关重要。文章从物理方法、化学方法、生物方法以及组合方法综述了目前国内外MCs的去除方法的研究现状及进展,主要包括吸附、膜滤、氧化剂氧化、光化学氧化、光催化、生物降解、吸附和光催化、吸附和生物降解组合等工艺。并在此基础上从4个方面提出未来MCs去除技术的发展方向:对蓝藻水华暴发机制进行详细研究,研究MCs更加详细的去除机理,对MCs的降解产物进行进一步毒性研究,以及开发天然可生物降解且易于从水中分离和回收的吸附材料。希望能为今后蓝藻水华污染修复,特别是消除MCs对水环境以及人类的影响提供参考。

环境微生物对水体中微囊藻毒素降解机制的研究进展

近年来,全球气候变暖和水体富营养化加剧导致蓝藻水华污染严重,而大部分蓝藻水华暴发后产生的微囊藻毒素(Microcystins,MCs)极具危害性,对人类健康和水生生态系统构成威胁。有效控制和去除水体中的MCs已成为当前亟需解决的一项难题。现有研究表明,微生物降解MCs具有高效和环保的治理效益。因此,本文综述了MCs的产生、结构和毒性危害,并着重介绍了国内外学者在微生物降解MCs的酶促降解途径、降解基因和降解酶领域的研究进展;此外,还分析了微生物降解菌在水体生态修复中的潜在应用,并展望了对MCs的非mlr降解途径机制、优化表达MCs降解酶、构建高效双功能降解菌等未来研究方向,旨在为深入研究MCs微生物降解机制并有效改善全球水体中MCs污染现状提供新思路。

微囊藻毒素-LR对生菜非结构性碳水化合物代谢的影响

【目的】研究低质量浓度微囊藻毒素-LR(MC-LR)慢性暴露对生菜(Lactuca sativa)叶片及根系非结构性碳水化合物代谢的影响,为富营养化水体在生菜灌溉中的应用提供理论指导。【方法】以散叶生菜为试验材料,采用土培试验方法,设置不同质量浓度(0(对照组),1,5,10,30μg/L)MC-LR的水溶液灌溉生菜30 d,通过分析生菜叶片及根系中可溶性糖(葡萄糖、果糖和蔗糖)及淀粉含量、蔗糖和淀粉代谢相关酶活性的变化,探讨生菜非结构性碳水化合物代谢对MC-LR慢性暴露的响应。【结果】10和30μg/L MC-LR组生菜对MC-LR的富集系数较5μg/L MC-LR组分别显著上升10.85%和17.83%(P<0.05),而对MC-LR的转运系数分别显著下降17.46%和13.85%(P<0.05)。与对照组相比,1μg/L MC-LR组生菜净光合速率显著提高了9.17%(P<0.05),叶片中果糖含量及根系中葡萄糖含量和淀粉酶(AMS)活性分别显著增加了52.71%,19.13%和37.01%(P<0.05);5,10和30μg/L MC-LR组生菜净光合速率提高,但差异不显著(P>0.05),叶片和根系中葡萄糖、果糖和蔗糖含量均显著增加(P<0.05),叶片中性转化酶(NI)活性分别显著降低了27.10%,38.01%和37.29%(P<0.05),淀粉合成酶活性分别显著增加20.92%,24.57%和30.28%(P<0.05),根系蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和AMS活性均显著增加(P<0.05)。【结论】1μg/L MC-LR水溶液灌溉对生菜叶片和根系中非结构性碳水化合物的分布和代谢影响较弱;而5~30μg/L MC-LR水溶液灌溉通过促进生菜根系淀粉分解和蔗糖代谢活性,维持体内较高浓度的可溶性糖,从而提高生菜的抗逆性。

微囊藻毒素的检测和脱除方法研究进展

近年来,由于富营养化,全球有害蓝藻水华的发生率持续上升,形成水华的蓝藻会释放出多种毒素。微囊藻毒素是有害蓝藻产生的常见毒素,具有肝毒性、肾毒性、神经毒性、生殖毒性等多种毒性,严重威胁人类和生态系统健康。微囊藻毒素在水中非常稳定,难以通过传统水处理工艺去除。因此,寻求经济有效的微囊藻毒素检测和脱除方法至关重要。本文综述了定量检测和去除微囊藻毒素的方法,包括物理法、化学法和生物法,并分析总结了这3类方法用于检测和脱除微囊藻毒素的优势与局限性,总结了不同方法脱除微囊藻毒素的机理,重点介绍了绿色高效的光催化与安全有效的生物方法脱除微囊藻毒素,最后基于当前的研究结果,对未来微囊藻毒素脱除研究方向进行了展望,为解决环境中微囊藻毒素的污染问题提供思路。

藻毒素降解酶A与微囊藻毒素作用条件的分析

化学生物学的一个重要内容是以生物体中的重要调控酶为靶酶,通过异源表达获得靶酶并研究其性质,实现靶酶的实际应用。以藻毒素降解酶A(MlrA)为中心,成功制备并表征目的蛋白,分析其纯度并探讨不同条件(底物浓度、温度、pH、金属离子)对MlrA降解微囊藻毒素(MCs)活性的影响。通过实验,学生掌握制备和表征目的蛋白的方法,掌握探究不同条件对酶活性影响的实验设计,熟悉重要仪器的使用,进而提高分析问题、解决问题的能力,将理论与实践相结合。在实验教学过程中引导学生思考科学研究对社会的价值和意义,体会科学道德和社会责任的重要性,认识作为科学研究者的社会责任和使命,进而培养并提升学生的科学探究意识和社会责任感。

固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法同时测定海产品中微囊藻毒素和鱼腥藻毒素

目的:建立固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法同时测定海产品中7种微囊藻毒素和2种鱼腥藻毒素的方法。方法:样品经80%乙腈提取,HLB小柱净化后,采用MRM模式进行分析,外标法定量。结果:7种微囊藻毒素和2种鱼腥藻毒素在0.5~50.0μg·L^(-1)范围内线性关系良好,检出限为0.3μg·kg^(-1),回收率为75.5%~98.8%,相对标准偏差在1.5%~5.4%。结论:该方法重现性较好、灵敏度高、成本低,可以实现海产品中的鱼腥藻毒素和微囊藻毒素的同时检测。

粤东地区重点水库微囊藻毒素的季节性变化特征

为了解微囊藻毒素(Microcystins, MCs)在粤东地区水库中的季节性变化特征及其影响因素,本文对20座重点水库开展连续两年的调查研究。结果显示,20座水库的浮游植物门类组成全年均以蓝藻门为主,各季度的丰度平均值为7812~21515 cells/mL,其中MCs蓝藻所占比例较低,仅为373~1156 cells/mL,且在季节间无显著差异。水体中的MCs浓度总体上处于较低水平,变化范围为0.05~0.33μg/L,在季节性变化方面,春季和秋季之间的MCs浓度无显著差异,但冬季和夏季的MCs浓度分别显著高于和低于春、秋两季。相关性分析表明,水体中的MCs浓度与产MCs蓝藻丰度呈显著正相关,与水温呈极显著负相关。

微囊藻毒素亮氨酸精氨酸(MC-LR)损伤睾丸支持细胞免疫反应及细胞生物学行为的机制研究进展

微囊藻毒素亮氨酸精氨酸(MC-LR)是水华爆发时微囊藻属、鱼腥藻属等蓝藻产生的一种对人类有致癌性的藻毒素。MC-LR可对雄性动物生殖系统产生毒性,导致不育,主要表现为诱导细胞凋亡、破坏细胞骨架、干扰DNA损伤修复途径或损伤血睾屏障(BTB)功能等。睾丸支持细胞(Sertoli细胞)是生精小管中与生精细胞直接接触的体细胞,可通过分泌多种细胞因子和免疫抑制因子调节免疫反应以维持睾丸免疫稳态,亦可与邻近生殖细胞形成BTB,为各级生精细胞提供营养、支持和保护作用的微环境。MC-LR可引发睾丸Sertoli细胞炎症、诱导细胞凋亡、破坏BTB完整性,进而造成睾丸生精功能障碍。

富营养化水体中微囊藻毒素(MCs)去除技术研究进展

当前,随着工业的发展水体富营养化程度日益严重。引起富营养化的主要藻类——蓝藻,能够释放对人体及鱼类具有多器官毒性、遗传性和致癌性的毒素--微囊藻毒素(MCs)。MCs治理技术种类繁多,传统的物理法如:混凝沉淀、膜过滤、活性炭吸附、气浮以及直接过滤只能对简单的处理细胞内的MCs;化学氧化法、光催化氧化法以及高级氧化法虽然能有效处理水体中的MCs,但有成本高、易二次污染和操作复杂等缺点,难以满足日益严格的环保要求;生物酶法除了具有生物降解法所具有的廉价、无二次污染、降解彻底和易操作等特点外,还被利用来监控水体中MCs,它将成为今后重点研究的技术领域。

铁胁迫对微囊藻毒素合成酶McyC和McyI表达的影响

为研究微囊藻毒素合成酶基因的蛋白表达水平与环境因子间的关系,文章以位于微囊藻毒素合成基因簇两个操纵子中的mcyC和mcyI基因为代表,利用制备的高效McyC和McyI多克隆抗体,采用Western Blot技术检测了铁胁迫对微囊藻毒素合成酶McyC和McyI蛋白表达水平的影响。研究结果表明,在铁胁迫下,铜绿微囊藻PCC 7806藻细胞内McyC和McyI的蛋白水平变化趋势一致,且与相同条件下藻细胞内毒素的合成产量变化一致,暗示铁胁迫直接通过影响微囊藻毒素合成酶的表达水平调控毒素的合成。研究为进一步了解微囊藻毒素的合成机制提供了基础材料。

全球水体微囊藻毒素分布特征及其潜在环境风险分析

由于气候变暖和氮磷等外源营养物输入居高不下,全球许多水体中蓝藻水华(CyanoHABs)事件频繁发生,甚至在一些水质已经恢复的区域出现了反弹。部分水华蓝藻(如铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa、念珠藻Nostoc等)会产生微囊藻毒素(Microcystins,MCs),危害人体和水生态健康。利用Web of Science数据库调研了全球不同地区324个湖库(共1 291条数据)和15条河流(共96条数据)中MCs质量浓度;同时调查水温、pH、氨氮、硝酸盐氮、氮磷比等信息。结果表明,49.8%调查水体中胞外MCs质量浓度低于世界卫生组织标准(1μg·L^(-1))。相关性分析表明,水体中ΣMCs质量浓度与硝酸盐氮、氨氮、氮磷比等水环境因子指标存在显著相关性。基于美国环保署水生物毒性数据库,利用风险商法评估了MC-LR水生态风险,研究表明,17.5%调查水体具有较低风险(0.110)。在MCs毒害作用机制方面,应加强MCs对生物体已有疾病(如炎症、糖原动态平衡障碍)的作用机理研究以及MCs对线粒体的影响研究,并进一步研究MCs对PP1/2A酶的亚基蛋白影响机理。

微囊藻毒素(MCs)对淡水池塘养殖业的危害及防控研究进展

由于水体富营养化而导致的淡水养殖池塘蓝藻水华频发已带来了严重的生态环境问题和水产品质量安全问题。藻毒素是蓝藻水华对养殖动物最严重、最直接的危害,其中微囊藻毒素(microcystins,MCs)是分布范围最广、出现频率最高、危害最严重的一类蓝藻毒素。本文综述了MCs在养殖池塘的时空分布及其在养殖动物机体内的积累特征、MCs对养殖动物的毒害效应及其作用机理、养殖池塘中MCs的科学防控技术等,并针对当前养殖池塘中MCs危害及科学防控研究应用领域中存在的问题,提出因地制宜地构建多营养层级的淡水池塘生态立体养殖模式、建立兼具吸收氮磷营养及降解MCs功能的淡水池塘养殖尾水(循环水)处理模式、加强利用MCs高效降解菌(群)或高效降解酶对MCs危害的应急处置、结合MCs毒害作用的分子机制开发靶向药物等未来发展建议,旨在为降低蓝藻水华对淡水养殖业的危害提供参考。

水中微囊藻毒素-LR的光化学氧化降解与减毒研究进展

蓝藻水华及其释放的藻毒素危害水生态与饮用水安全,其中,微囊藻毒素-LR(MC-LR)是污染最普遍、危害最严重的一类蓝藻毒素.阐述了天然水体中MC-LR的直接光解与光敏化降解过程机制;解析了光化学氧化(包括紫外光、太阳光、溶解性有机质光敏化)对水中MC-LR的降解动力学与机理,并分析了水环境基质背景对MC-LR光化学降解的影响,进而评价MC-LR的降解途径与产物毒性.最后提出光化学氧化降解MC-LR在富营养化实际水体应用中需要深入研究的发展方向,为蓝藻水华污染防控与修复提供科学依据.

UV-B辐射下叶绿素和微囊藻毒素的协同降解效应研究

[目的]探讨水体微囊藻毒素无二次污染的高效降解方法。[方法]通过开展国内富营养化水体中常见的藻毒素异构体MC-RR、MC-LR在叶绿素的添加与否条件下,研究UV-B对富营养化水体中叶绿素和微囊藻毒素的协同降解效应。[结果]2 mW/cm^(2)的UV-B照射1 h,MC-RR、MC-LR降解率分别为29.8%和16.9%,而添加叶绿素后MC-RR、MC-LR的降解率分别高达99.8%和100.0%;2 mW/cm^(2)的UV-B照射2 h,MC-RR、MC-LR均产生大量的光降解异构体产物,异构体产物与残余MC的色谱面积比分别为28.9%和21.7%,而添加叶绿素后MC-RR、MC-LR均被完全降解,MC和异构体产物均未检出。添加叶绿素后MC呈现出高效完全光降解,避免了常规光降解产生大量潜在毒性的异构体产物的缺点;2 mW/cm^(2)的UV-B照射1 h,对Chla、Chla与MC-RR混合溶液、Chla与MC-LR混合溶液中的叶绿素a的降解率分别为86.7%、18.9%和70.3%。[结论]叶绿素能高效催化UV-B对微囊藻毒素的光降解;水体添加叶绿素后MC呈现高效完全光降解,避免了常规光降解产生大量潜在毒性的异构体产物的缺点;微囊藻毒素的添加延缓了UV-B对叶绿素的光降解,值得进一步深入研究。